高文婷

（國網(wǎng)寧夏電力公司 檢修公司，寧夏 銀川750011）

0 前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，電能的應(yīng)用已然與人民生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。 伴隨著人們對用電安全性及可靠性的要求日益提高，保證可靠供電的責(zé)任也越來越大。 變壓器作為電網(wǎng)安全運(yùn)行的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的正常與否就顯得尤為重要。而利用氣相色譜法對變壓器油中溶解氣體分析，定期檢定變壓器運(yùn)行狀態(tài)，已成為判斷變壓器有無異常情況或潛在性故障，并針對異常狀況或潛在性故障進(jìn)行處理或采取應(yīng)對措施的重要判據(jù)。氣相色譜法分析油中溶解氣體作為發(fā)現(xiàn)變壓器等重要電氣設(shè)備內(nèi)部隱患、預(yù)防事故發(fā)生的有效手段，對開展設(shè)備狀態(tài)檢修工作及保障設(shè)備的安全運(yùn)行起到了積極的作用。

1 變壓器油中氣體的產(chǎn)生

變壓器油與變壓器內(nèi)部的絕緣樹脂材料在變壓器運(yùn)行過程中，受電場和磁場的作用以及銅和鐵等材料催化作用的影響隨著時(shí)間推移發(fā)生老化和分解。 變壓器大多采用油紙復(fù)合絕緣，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時(shí)，油紙會因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。 變壓器油中不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔锞哂胁煌臒岱€(wěn)定性，絕緣油隨著故障點(diǎn)的溫度升高依次裂解產(chǎn)生烷烴、烯烴和炔烴。礦物質(zhì)油中大約由3000 種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成,但通常只需鑒別變壓器油中的甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）以及氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等氣體。 將這些特征氣體從變壓器油中分離出來并經(jīng)過色譜分析,確定其存在及相應(yīng)含量大小,便可反映出產(chǎn)生這些可燃?xì)怏w的故障類型。 分解產(chǎn)生的氣體大部分溶解于變壓器油中，但正常情況下產(chǎn)生氣體的速度非常緩慢。當(dāng)變壓器線圈、鐵芯、絕緣材料等內(nèi)部零部件在初期存在故障或形成新的故障條件下, 變壓器油被分解的氣體速度和產(chǎn)生氣體量明顯加快。當(dāng)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在潛伏性過熱和放電性故障時(shí)，就會加快這些氣體的產(chǎn)生速度，隨著故障的發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡隨著油循環(huán)過程發(fā)生對流、 擴(kuò)散，并不斷回溶于油中。故障氣體的組成及含量與故障類型和故障嚴(yán)重程度關(guān)系密切，所以定期對變壓器油中溶解氣體進(jìn)行分析，即能檢測出變壓器內(nèi)部故障。因此，在變壓器、互感器等充油設(shè)備運(yùn)行過程中，定期做油的色譜分析，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障， 以避免設(shè)備發(fā)生故障或造成更大的損失。

2 分析方法

變壓器油中溶解氣體分析法(DGA) , 是判斷變壓器內(nèi)部故障有效的手段之一, 該檢測項(xiàng)目在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)中的重要性勿庸置疑。然而, 變壓器油中溶解特征氣體除與故障性質(zhì)有關(guān)外, 還與變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、氣體產(chǎn)生的原因、故障的部位和故障嚴(yán)重程度有關(guān), 因此必須進(jìn)行綜合分析, 才能作出正確的診斷。 采用油中溶解氣體分析診斷充油電氣設(shè)備故障時(shí), 首先要判斷油中溶解氣體是因變壓器內(nèi)部故障引起, 還是因變壓器本體非故障引起的, 進(jìn)而利用油中溶解氣體分析并結(jié)合其它試驗(yàn)手段綜合分析設(shè)備存在的故障類型。[1]

變壓器油中溶解氣體的氣相色譜法，其診斷依據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》[2]（以下簡稱“導(dǎo)則”）中的方法進(jìn)行?，F(xiàn)行導(dǎo)則有兩個(gè)版本， 即國標(biāo)GB/T7252-2001 和行標(biāo)DL/T722-2000， 它們分別代替了國標(biāo)GB/T7252-1987 和部標(biāo)SD187-1986。 如今，檢修停電時(shí)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是確保絕緣系統(tǒng)完整的必備條件，但有些試驗(yàn)在停電后難以真實(shí)地反映出變壓器在運(yùn)行條件下的絕緣狀況。[3]

此外，在線監(jiān)測可以及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在性運(yùn)行隱患，采取有效防控措施降低事故發(fā)生的概率。 在實(shí)際生產(chǎn)中要將停電試驗(yàn)和在線監(jiān)測結(jié)合起來，綜合考察設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況作出正確診斷。[4]

3 故障實(shí)例分析

3.1 案例一

3.1.1 故障變壓器參數(shù)及運(yùn)行情況

某變電站主變，型號為SFPSZ-150000/220，油重41.5 噸。 該主變自2000 年7 月投運(yùn)以來一直運(yùn)行狀況良好， 其運(yùn)行負(fù)荷均在允許范圍內(nèi)，未直接受到過短路沖擊，歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。

3.1.2 故障發(fā)生過程

2010 年12 月19 日，該主變色譜在線檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示氫氣、總烴含量有明顯增長。 12 月20 日，該主變總烴含量達(dá)已達(dá)到192.95μL/L，超過一級報(bào)警值，在線色譜出現(xiàn)總烴報(bào)警信號。 12 月21 日取樣分析各組分含量，分析結(jié)果為272.21μL/L，數(shù)據(jù)較之前均有明顯增長，其中總烴含量由3 月份的10.06μL/L 增長到272.21μL/L， 超過注意值（150μL/L）。22 日跟蹤分析，氫氣、總烴都有上升趨勢。28 日對該設(shè)備進(jìn)行了取樣驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)總烴含量增至402.19μL/L。 具體數(shù)據(jù)如表1 示。

表1 主變檢修前色譜分析數(shù)據(jù)(μL/L)

3.1.3 故障情況分析判斷

利用三比值法對12 月28 日油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，判斷其編碼為022，對應(yīng)故障應(yīng)為：高于700℃高溫過熱故障；按日本月岡、 大江等人推算的經(jīng)驗(yàn)公式估算，12 月28 日該主變的熱點(diǎn)溫度見式（1）：

即T=322lg(223.28/35.11)+525℃=783.70℃≈784℃

估算溫度與IEC 三比值法判斷溫度相符，可以判斷變壓器內(nèi)部存在高溫過熱故障。

根據(jù)12 月21 日至28 日油色譜分析數(shù)據(jù)， 得出該時(shí)段內(nèi)該主變總烴絕對產(chǎn)氣速率見式（2）。

即ra=(402.19-272.21)/(7×24)×(41.5/0.89)=36.08mL/h 0.5mL/h;

式中:ra——絕對產(chǎn)氣速率，μL/L;

m——設(shè)備總油量，t;

ρ——油的密度，t/m3.

據(jù)計(jì)算，該設(shè)備一周內(nèi)總烴絕對產(chǎn)氣速率為36.08mL/h，遠(yuǎn)大于導(dǎo)則及規(guī)程中要求的0.5mL/h。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，該變壓器油中成分特征主要以乙烯和甲烷為主，并初步判斷該設(shè)備內(nèi)部存在過熱現(xiàn)象，說明該故障發(fā)展速度較為迅速。 為盡快確認(rèn)該異常狀況出現(xiàn)的原因是否由設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷過大、油溫過高或有載調(diào)壓開關(guān)是否出現(xiàn)滲漏油進(jìn)入變壓器本體等其他因素導(dǎo)致。 經(jīng)過確認(rèn)，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷與油溫等運(yùn)行狀況穩(wěn)定，均處于正常范圍內(nèi)；對有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)其組分含量完全不同于本體，且除乙炔和氫氣外，其他成分都低于12 月22 日該主變本體數(shù)值，故可排除有載調(diào)壓開關(guān)存在故障并向本體滲油的可能性。利用紅外成像儀探測熱點(diǎn)，卻未發(fā)現(xiàn)發(fā)熱故障點(diǎn)。但高壓試驗(yàn)在進(jìn)行鐵芯絕緣測試時(shí)絕緣電阻為0，故可判斷為設(shè)備存在鐵芯多點(diǎn)接地故障。

3.1.4 故障情況處理

經(jīng)討論決定停運(yùn)該設(shè)備，進(jìn)行大修處理。 考慮到該電站周邊的用電負(fù)荷比較重，主變無法停電進(jìn)行長時(shí)間檢修，故決定不吊芯，臨時(shí)串接自動限流電阻的臨時(shí)應(yīng)急措施，以限制鐵芯接地回路的環(huán)流，防止該故障進(jìn)一步惡化，影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在串接自動限流電阻后，繼續(xù)對該設(shè)備進(jìn)行了色譜跟蹤試驗(yàn)分析。 處理后的色譜分析數(shù)據(jù)如表2 所示。

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)看出處理后該設(shè)備總烴含量呈緩慢下降趨勢，該故障未進(jìn)一步發(fā)展，表明該主變?nèi)毕菰谔幚砗笠烟幱诜€(wěn)定狀態(tài)。

3.2 案例二

3.2.1 故障變壓器參數(shù)及運(yùn)行情況某750kV 變電站主變B 相，型號ODFPS-700000/750，油重93t，2010年11 月7 日投運(yùn)。該設(shè)備自投運(yùn)以來正常運(yùn)行，其負(fù)荷也均在允許范圍內(nèi)，未直接受到過短路沖擊。 2012 年1 月15 日，對該設(shè)備進(jìn)行定檢試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備出現(xiàn)乙炔0.43μL/L（規(guī)程注意值不超過1.0μL/L），次日取樣證明乙炔的確存在，于是縮短采樣周期，加強(qiáng)跟蹤分析措施，跟蹤過程中發(fā)現(xiàn)乙炔含量呈緩慢增長趨勢。

3.2.2 故障發(fā)生過程

2012 年5 月16 日，該設(shè)備乙炔含量增長到1.12μL/L（規(guī)程注意值1.0μL/L）。繼續(xù)縮跟發(fā)現(xiàn)，乙炔含量仍緩慢增長，其他特征氣體也呈緩慢增長趨勢，但變化幅度較小。 2012 年10 月9 日取樣跟蹤，色譜試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其乙炔含量達(dá)到3.86μL/L。次日，乙炔含量達(dá)4.17μL/L，其他特征氣體也有所增長。 之后每天兩次取樣跟蹤，并同其他單位進(jìn)行試驗(yàn)對比，結(jié)果證明乙炔及其他特征氣體仍在增長。截止10 月18 日，該設(shè)備乙炔含量已達(dá)6.85μL/L。 具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3 示。

3.2.3 故障情況分析判斷

由上表可以看出，截至2012 年9 月29 日，乙炔含量仍呈緩慢增長趨勢，其他特征氣體呈緩慢增長趨勢，但變化幅度相對較小。利用三比值法進(jìn)行計(jì)算，對應(yīng)故障編碼101，對應(yīng)電弧放電故障。 分析該設(shè)備在該時(shí)間段內(nèi)特征氣體增速相對緩慢，中間也曾出現(xiàn)特征氣體含量降低，與實(shí)際情況不符。 根據(jù)正確的導(dǎo)則及適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法判斷對應(yīng)故障[5]，先減去故障前的氣體含量，然后再計(jì)算比值，得到故障編碼222，對應(yīng)低能放電兼過熱故障，說明此時(shí)段內(nèi)該設(shè)備內(nèi)部存在間歇性低能量局部放電故障仍伴隨熱性故障，尚處于故障發(fā)展階段。

表3 主變色譜分析數(shù)據(jù)(uL/L)

2012 年10 月9 日到10 日，乙炔含量由3.86μL/L 增至4.17μL/L，其他特征氣體也有所增長，乙炔絕對產(chǎn)氣速率為32.4mL/d，已遠(yuǎn)大于規(guī)程注意值0.2mL/d。 10 月18 日，乙炔含量已達(dá)到6.99μL/L。 10 月9日至18 日期間乙炔絕對產(chǎn)氣速率最高值達(dá)到36.3mL/d， 乙炔含量增長速度異常快。 根據(jù)18 日實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行三比值計(jì)算，故障編碼201，根據(jù)正確的導(dǎo)則對應(yīng)故障分析，對應(yīng)為低能量局部放電故障。

3.2.4 故障情況處理

為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的同時(shí)盡快查明原因， 決定立即停運(yùn)該設(shè)備，并投運(yùn)備用相。2012 年10 月18 日晚，該設(shè)備退出運(yùn)行。停運(yùn)后在對該設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部芯體檢查過程中發(fā)現(xiàn)，調(diào)壓線圈底部磁分路屏蔽與下鐵軛夾件聯(lián)接銅帶 （聯(lián)接銅帶起磁分路漏磁屏蔽棒的接地作用）的夾件螺絲固定處斷裂，其主要原因?yàn)槁?lián)接銅帶較長，斷裂的聯(lián)接銅帶又正處于風(fēng)冷系統(tǒng)循環(huán)油管處，在風(fēng)冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，潛油泵出管口油流速較大，對較長的聯(lián)接銅帶進(jìn)行沖擊，導(dǎo)致聯(lián)接銅帶斷裂，在失去接地作用后在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生懸浮電位，產(chǎn)生放電故障，實(shí)際情況與計(jì)算結(jié)果相符。

4 總結(jié)

利用氣相色譜法分析變壓器絕緣油中溶解氣體含量是監(jiān)測變壓器設(shè)備狀態(tài)的重要手段, 通過對變壓器絕緣油中的特征氣體的變化趨勢進(jìn)行分析比較, 可反映變壓器內(nèi)部故障的類型和嚴(yán)重程度。

［1］閻春雨.采用油中溶解氣體分析法判斷變壓器故障應(yīng)注意的事項(xiàng)[J].變壓器，2006,43（9）:38-39

［2］DL/T722-2000 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

［3］劉棟粱.變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常的分析與處理[J].變壓器，2008，45（3）：49-50.

［4］林永平.色譜分析在變壓器故障診斷中的應(yīng)用和探討[J].變壓器，2008，45（8）：58-60.

［5］徐康健.變壓器油色譜分析中用三比值法判斷故障時(shí)應(yīng)注意的問題[J].變壓器，2010，47（1）：75.